探究物理的教学改革举措

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1提高学生实验预习的针对性

在以往与学生的交谈中了解到，有一部分学生进实验室之前根本就不进行预习；一部分同学虽说是提前预习了，但上课时会发现他们根本就没明白实验设计原理；还有一部分同学只预习明白了其中一部分，但仍然影响课上正常进行。为了督促学生很好地进行预习，我们在正式上课前一周把实验卡片发给学生，实验卡片包括以下内容：思考题、实验内容及数据处理、注意事项、评分标准等。其中思考题的设置主要是为了提高学生预习的针对性，抓住实验设计核心和实验要点。同时，为了调动学生的积极性，要求学生进实验室之前把这些思考题回答在预习报告上。为了避免部分同学完全不进行预习就来做实验，在课堂上抄写实验预习报告，我们还要求学生一进实验室就即刻提交实验预习报告。对于双光栅法测微弱振动位移量实验，我们设计的思考题如下：

（1）微弱振动的振幅如何获得？

（2）本实验中如何得到拍频波？其拍频大小由什么决定？

（3）激光器射出的激光波长为635nm，由此可知其频率为多少？能直接探测吗？若不能，怎么解决？

（4）为什么要使用光拍？形成光拍的条件是什么？（理论上）

（5）如何判断动光栅与静光栅的刻痕已平行？

（6）作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定信号功率？测量时首先要找到音叉的什么频率？如何找？

2围绕思考题分小组讨论

学生独立进行实验预习时，思路上总会有一定的局限。往往可能因搞不懂某些小知识点阻碍实验预习的正常进行。所以，我们在正式上课时，首先将学生分成两组（每组5名学生），思考题分成两部分，每组负责一部分，讨论20分钟并给出思考题的答案。这样做不仅发挥了学生的自主性，还增强了学生的团队合作意识。同时，也可以使极少数没有预习的同学也略学到一些。

3提问＋提示引导的方式使学生明确实验思路

有相当一部分同学为了完成实验来做实验，总是着急做实验，一遇到问题就叫老师帮忙，而不去认真思考，不设法自己解决。还有，学生在实验时总是不能将理论课中所学知识灵活地运用到实验中来，这是一种普遍现象。所以在学生自己动手实验前，我们采取了以下教学环节：明确理论上要达到什么目的，借助什么实验器件可以达到此目的，理论和实验器件的结合最终如何达到目的。下面仍以双光栅法测微弱振动位移量实验为例展现具体过程。从实验题目来看的话，提问学生最终要得到哪个物理量？大部分学生可以回答出来：音叉振动的振幅。提示学生，要测量的是长度，有什么获得办法？学生会提出用刻度尺、游标卡尺等。再引导学生观察音叉振动的特点。音叉振动的幅度很小，肉眼完全无法分辨，而且振动的位置时刻在变化，教师否定这种方法。那怎么办呢？再提示学生我们是综合设计实验，可以考虑力学、光学、电学等方法。再看实验题目，学生会说出利用双光栅法。新的问题出现：什么是双光栅法？这时要带着学生一起复习光学中所学知识———光栅。首先回忆光栅的结构，从单缝衍射、双缝干涉的衍射图样，猜想光栅的衍射图样。同时，利用教学器件激光笔演示激光通过一光栅后投影在墙上的衍射图样，与分析结果比对，直观明了。学生清楚了光栅的概念后，说明双光栅即是一动一静两光栅，其中动光栅贴在音叉上随音叉一起振动。再紧接着提问：为什么要用双光栅法？这时学生一般会不知所措，提示从光的频率方面考虑。已知实验激光波长，提问学生激光频率大小在什么量级。提供给学生仪器价格信息，比如Agilent公司几个GHz的示波器价格在百万元左右，直接探测激光这么高频率的光非常困难，而且仪器造价昂贵。此方法行不通。进一步提示学生，现在光频率太高了，简单的想法是降低频率，这时再让学生观察我们实验提供的示波器能探测的频率，随便告诉学生这个仪器只需要几千元左右，实验成本大幅降低。又一新问题出现：怎么降低？部分学生能说出光拍法。这个时候类比音拍的概念，来讲解光拍。根据波的叠加原理，得出获得强的光拍信号的理论及实验条件：利用一动一静两光栅得到同方向传播、且频率相差很小的两列光波的叠加。

数学推导得出动光栅的振动速度与光拍频率的关系：ωd＝2πvd，其中ωd是光拍圆频率，v是动光栅振动速度（也即音叉振动速度。），d是光栅密度。即F拍＝ωd2π＝vd＝v·n0，其中n0＝1d为光栅密度。这样力学量v和光学量F拍之间搭起了桥梁。学生熟知音叉振动的振幅与音叉振动速度的关系：A＝12T／20v（t）dt＝12T／20F拍（t）n0dt＝12n0T／20F拍（t）dt。引导学生从频率的基本定义出发分析积分结果所代表的物理意义：半个音叉振动周期内光拍拍频波的个数（借助示波器！）。在学生清楚了音叉振幅的测量方法后，再来回顾振动的知识，即音叉振动的特点。提问学生音叉振动属于简谐振动、阻尼振动、受迫振动等中的哪一类振动？学生能够正确回答：受迫振动。提问学生哪些因素影响受迫振动的振幅？如何影响？利用荡秋千、共振引起桥梁断裂等例子引导学生找到答案：策动力的大小和频率，且固定策动力频率时，策动力越大，振幅越大；固定策动力大小，改变策动力频率，共振时，振幅最大，此时策动力频率接近固有频率，远离固有频率时，振幅迅速减小。所以在研究音叉振动的谐振曲线时，考虑的是策动力频率对音叉振动振幅的影响，此时应固定策动力大小。但是前提是选择好合适的策动力大小，若策动力太大，半个音叉振动周期内光拍拍频波的个数太多，眼睛无法分辩。若策动力太小，振动太微弱，无法研究振动。要研究谐振曲线，最简单的方法是找到共振点，提问学生怎么找？这时实验仪器是打开的，让学生静下来注意听音叉发出的声音。引导学生说出音叉发出的声音和音叉振幅的关系。学生明白了找共振点的方法是听声音。这时进一步提问我们人耳能准确地分辨出哪个声音最大吗？学生会说不能，那怎么办？再回到计算振幅的公式，学生会恍然大悟，示波器上半个音叉振动周期内光拍拍频波的个数最多时，对应的即是共振点。最后，和学生一起总结实验思路：

（1）调整光路，经光电转换器后在示波器上观察到强的光拍信号；

（2）寻找音叉振动的谐振点，调整音叉功率和频率，听音叉声音，并借助示波器。

（3）测量完整的谐振曲线，此时固定音叉功率。随后学生自己整理思路，自己独立动手完成实验。

4对部分学生进行进一步指导

按步骤3讨论完实验思路后，由于学生个体的差异，相当一部分同学还是有很多不明白的地方。这时再单独指导。了解学生的问题，搞清学生的问题出现在哪里。先让学生从理论上找出答案，然后再让学生寻找具体哪个或哪些实验仪器部件可以达到目的。而不是直接告诉学生结果。这个环节学生起主导作用。

5实验报告

中对实验步骤的要求为了督促学生对实验操作过程进行回顾，我们特别要求在实验报告上详细写出实验步骤。学生在完成这一部分的过程中有时会发现操作过程中的重大失误。教师在批阅实验报告时也能从这一部分及时发现学生的问题，引起学生对细节问题的关注，培养全面良好的实验习惯和能力。同时这一要求还可以加深学生对实验设计思路的认识。

6实验报告中对实验数据处理的要求

实验报告中要求将实验原始数据进行整理列表，反复要求学生标明物理量、单位及有效数字，培养良好习惯和严谨的科学态度，为以后教学和科研工作打基础。要求利用Excel、Origin等软件进行作图，培养学生计算机处理数据的能力。这一教学方法是在对三届学生的教学过程中逐渐摸索出来的，受到了较好的效果，具体体现在教学评估成绩的提高：第一届学生给教师的教学评估成绩为92．03，第二届学生给教师的教学评估成绩为94．27，第三届学生给教师的教学评估成绩为94．41。当然，综合设计性实验与大学生创新能力的培养不是几个实验就能完成的，是一个复杂的系统工程，只有每一个教育工作者都积极参与行动起来，从教学工作的一点一滴做起，才能真正达到培养学生创新能力的目的。此外，在以后的教学中还需要根据学生具体情况相应调整和改进教学方法。

作者：董巧燕 刘伟健 刘维 王福合 尹晓冬 施宇蕾 单位：首都师范大学